Descoberto novo tipo de célula cerebral, o astrócito glutamatérgico, que atua como um híbrido de neurônios e glia

Foi descoberto um novo tipo de célula¹ cerebral, chamada astrócito glutamatérgico. Ela se comporta como um híbrido² de neurônios³ e glia, e pode explicar como algumas doenças neurodegenerativas, como o Parkinson, se desenvolvem. Os achados foram publicados na revista Nature.

As células⁴ cerebrais podem ser amplamente categorizadas em dois tipos: neurônios³ e glia. Considera-se normalmente que os neurônios³ se comunicam entre si através das sinapses, ou junções, entre eles, enquanto a glia não usa esse tipo de sinalização.

A transmissão sináptica ocorre quando um neurônio é eletricamente excitado e libera uma substância química, chamada neurotransmissor, no espaço entre ele e outro neurônio, o que leva à ativação do segundo neurônio. Essa habilidade foi amplamente considerada exclusiva dos neurônios³.

Mas há duas décadas, Andrea Volterra, agora na Universidade de Lausanne, na Suíça, e os seus colegas anunciaram que tinham descoberto que algumas células gliais⁵ também podiam utilizar transmissão semelhante à sináptica para comunicar com outras células⁴. No entanto, as descobertas revelaram-se controversas à medida que outros investigadores lutavam para replicá-las.

Agora, Volterra e uma equipe diferente usaram técnicas modernas para finalmente acabar com essa polêmica.

Os pesquisadores analisaram dados sobre a produção de moléculas de RNA por genes em células⁴ de camundongos, que são intermediárias na produção de proteínas⁶, para ver se conseguiam encontrar os complexos proteicos necessários para a transmissão sináptica em outras células⁴ além dos neurônios³. A equipe analisou especificamente as células⁴ da região do hipocampo⁷ do cérebro⁸, porque é aqui que a pesquisa anterior afirmava ter detectado a transmissão sináptica não neuronal.

A análise revelou vários aglomerados de astrócitos⁹, um tipo de glia, que pareciam também possuir a capacidade de participar na transmissão sináptica. As células⁴ pareciam liberar o neurotransmissor glutamato, que é o neurotransmissor mais comum no cérebro⁸. Os pesquisadores então confirmaram a presença dos genes envolvidos nisso, estudando fatias cerebrais de camundongos adultos. Os pesquisadores cunharam essas células⁴ como astrócitos⁹ glutamatérgicos.

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“Essas células⁴ são um pouco como astrócitos⁹ e um pouco como neurônios”, diz Volterra. “Elas estão secretando neurotransmissores com mecanismo e velocidade que normalmente só estão ligados aos neurônios³. É por isso que a chamamos de uma espécie de célula¹ híbrida¹⁰.”

Os pesquisadores então usaram um tipo de técnica de microscopia fluorescente chamada imagem de dois fótons para estudar a liberação de glutamato por essas células⁴ no cérebro⁸ dos ratos. “Os sinais¹¹ que vemos têm uma ordem de velocidade semelhante à dos neurônios”, diz Volterra.

Ele e seus colegas também encontraram assinaturas proteicas semelhantes de transmissão sináptica em células⁴ não neuronais em humanos, observando conjuntos de dados existentes. “As descobertas sugerem que estas células⁴ são conservadas nas pessoas”, diz Ludovic Telley, membro da equipe, também da Universidade de Lausanne.

Os pesquisadores não sabem quantas dessas células⁴ podem ser encontradas no cérebro⁸, ou se estão principalmente no hipocampo⁷.

Não está claro por que o cérebro⁸ precisa de células gliais⁵ que se comuniquem através da transmissão sináptica, diz Volterra. Ele especula que isso poderia levar a uma maior coordenação de sinais¹¹. “Muitas vezes, temos informações neuronais que precisam se espalhar para conjuntos maiores e os neurônios³ não são muito bons para a coordenação disso”, diz ele. Um astrócito pode estar em contato com 100 mil sinapses em ratos, o que pode significar que os sinais¹¹ vão mais longe de uma forma mais coordenada, diz ele. Eles podem atingir milhões de sinapses em humanos.

Estas células⁴ também parecem estar em circuitos cerebrais envolvidos no movimento, que degeneram na doença de Parkinson, diz Volterra. Uma melhor compreensão das células⁴ poderia nos dar uma visão¹² melhor sobre como lidar com a doença, diz ele.

No artigo publicado, os pesquisadores relatam que astrócitos⁹ especializados medeiam a gliotransmissão glutamatérgica no sistema nervoso central¹³.

Eles contextualizam que as comunicações multimodais astrócito-neurônio governam a montagem e função dos circuitos cerebrais. Por exemplo, através da rápida liberação de glutamato, os astrócitos⁹ podem controlar a excitabilidade, a plasticidade e a atividade síncrona das redes sinápticas, ao mesmo tempo que contribuem para a sua desregulação em condições neuropsiquiátricas.

Para que os astrócitos⁹ se comuniquem através da rápida liberação focal de glutamato, eles devem possuir um aparelho para exocitose¹⁴ dependente de Ca2+ semelhante aos neurônios³. No entanto, a existência deste mecanismo tem sido questionada devido a dados inconsistentes e à falta de evidências diretas de apoio.

Neste estudo revisitou-se a hipótese da exocitose¹⁴ do glutamato em astrócitos⁹, considerando a heterogeneidade molecular emergente dos astrócitos⁹ e usando abordagens moleculares, bioinformáticas e de imagem, juntamente com ferramentas genéticas específicas de células⁴ que interferem na exocitose¹⁴ do glutamato in vivo.

Ao analisar bancos de dados existentes de sequenciamento de RNA unicelular e os dados de patch-seq, identificou-se nove aglomerados molecularmente distintos de astrócitos⁹ do hipocampo⁷, entre os quais encontrou-se uma subpopulação notável que expressava seletivamente maquinaria de liberação de glutamato do tipo sináptico e localizada em locais discretos do hipocampo⁷.

Usando imagens de glutamato baseadas em GluSnFR (repórter fluorescente sensível ao glutamato) in situ¹⁵ e in vivo, identificou-se um subgrupo correspondente de astrócitos⁹ que responde de forma confiável a estímulos seletivos de astrócitos⁹ com eventos de liberação de glutamato em subsegundos em pontos de acesso espacialmente precisos, que foram suprimidos pela deleção do transportador de glutamato vesicular 1 (VGLUT1) direcionada a astrócitos⁹.

Além disso, a deleção deste transportador ou de sua isoforma VGLUT2 revelou contribuições específicas de astrócitos⁹ glutamatérgicos nos circuitos córtico-hipocampal e nigroestriatal durante o comportamento normal e processos patológicos.

Ao descobrir esta subpopulação atípica de astrócitos⁹ especializados no cérebro⁸ adulto, os pesquisadores fornecem insights sobre os papéis complexos dos astrócitos⁹ na fisiologia¹⁶ e nas doenças do sistema nervoso central¹³, e identificam um potencial alvo terapêutico.

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Fontes:
Nature, publicação em 06 de setembro de 2023.
New Scientist, notícia publicada em 06 de setembro de 2023.